5 V 家庭网络

电器工程 电压调节器 变压器 5v 电网
2022-01-29 03:19:35

我计划在家里添加多个物联网设备,我正在寻找一种优雅的解决方案来为它们提供动力。它们都需要 5 V,其中少数(相机)会消耗高达 2 安培的电流,而大多数会消耗不到 500 mA 的电流。

我正在考虑在房子里运行一条单独的 5 V 线路,使用 10 AWG 电缆(以减少电压降)和每层楼的 120 V - 5 V、20 安培变压器。我会添加某种连接器,每个连接器几英尺,以便将来能够轻松连接到线路。

所有这些的主要目的是让我的电源插座保持空闲,节省我需要的所有单个变压器,并允许我在未来扩展我的物联网网络,而无需使用任何额外的插座/不必要的悬挂电缆。这是一个可行的解决方案,还是有更有效的方法来实现我的目标?

我正在考虑使用 120 V - 12 V 变压器是否会更好,以补偿任何电压降并在每个设备上添加降压转换器/线性稳压器,但如果可行,我想节省额外的硬件。

4个回答

我已经在我家周围部署的各种设备中成功使用了以太网供电。

优点包括:

  • 可以使用您可能拥有的任何现有 Cat-5 接线
  • 如果不需要,您放置的任何接线都可以在以后重新使用。
  • 用于供电和接收电源的现成适配器很容易获得(通常为闭路电视系统出售)。
  • 可用于有线网络连接,通常比 Wi-Fi 更可靠

我正在使用 24V 的“无源”PoE(网络 4 线,DC +/- 4 线),接收端本地降压 5V。PoE“注入器”从我的 UPS 中耗尽,因此这些小工具在断电时保持供电。

  1. 5VDC 网络可能是“一个坏主意”。
  2. 具有本地调节器的电压稍高的网络应该会稍微好一些,但会增加电子复杂性。
  3. 具有短距离配电系统的本地 5V psu 总体上可能会更好。

12 号电缆每 1000 英尺或每 500“环路英尺”的电阻为 ~= 1.6 欧姆。
因此,对于 500 环路英尺,每安培会产生 1.6V 的压降,或者每安培每环路英尺的压降约为 3 mV。

选项1:

在 10 A 下运行 100 英尺的 5V 运行将下降 3 mV x 100 x 10 = 3V。
这在 5V 时显然太多了。
您可以决定最大 5A 是可以的 - 或者如果均匀分布,平均电流是最大值的一半,并且最大长度 50 英尺可能是可以接受的。
但是,做出妥协仍然会让你在 0.5 - 1.5 V 范围内下降。
远端的一些摄像头可能会“破坏您的一天”。

您的网络需要是“哑”的并且能够在 5 VDC 下提供最大功率,或者是智能的并且只能通过协商来供电。在 10A 时,即 5V x 10A = 50 W,并且可能翻倍以允许跌落和熔断...... 50-100W就够用一点小匠心生火了。墨菲有很多独创性。这不是致命的缺陷,但需要小心。这比交流电源电路提供的电流和电压更低 - 因此,如果您像交流电源一样注意直流网络,它可能没问题 - 注意需要能够在额定电流下很好地处理直流的开关(直流为比交流困难得多)。

选项 2:

以 8VDC 或更高电压(10-12VDC 更好)(或者您可以使用交流电)进行分配可以避免电压降问题。如果您使用线性本地稳压器,那么您会随着馈电电压的增加而失去效率。如果 8VDC “刚好够用”,您将失去 (8-5)/8 ~= 40% 的电量。还有更多电压。而且您增加了复杂性和成本以及非标准系统。

如果您使用开关模式本地转换器,则效率与馈电电压相对恒定,并且由于电阻损耗与电流的平方成正比,布线损耗会随着电压的增加而下降。但是转换器增加了复杂性和成本。POE(以太网供电)是其中的一个版本——与使用市电供电的商业电源相比,每个转换器的成本对于现成的设备来说可能是可观的。

选项 3:

每个位置的单个电源插座允许您操作本地 5v PSU 或带有一组插头组的交流电源插头板。
在我打字的桌子上,我的架子上有 18 x 12V 供电的 USB 硬盘驱动器。我考虑过使用 20A 加 12V 电源、定制引线(标准插座和从 HDD 到连接系统的电缆),但到目前为止,18 x 12V 1A 电源组和必要的电源插板已经成功。压降不是问题,我可以通过提供 2 个备用 12V psus 或在需要时从不太重要的电源借用电源来提供出色的电源冗余。

我的 5V “USB” 电源需求由几台带有 USB 插座的 PC 来满足,而且一些 HDD 具有供电的 5V 输出。5V“USB”电源非常容易买到,价格合理(尤其是使用过的通常是可靠的),并且连接器是通用的。

整个房子或我访问的任何家庭或企业都可以使用交流电源(在我的情况下为 230 V 50 Hz)。

对我来说,可能对你来说,选项 3 最有意义。

电压降是杀手锏

问题是,电压降在非常低的电压下非常严重,因为电流本质上更高,并且电压降是电流的函数 (E=IR)。它是对电压的平方函数。这意味着分配 5 V 而不是 12 V 会差 5.76 倍。举个简单的例子,以 3.6% 的电压降运行 100' (30 m):

5 伏 @ 12 安培 (60 W) 需要 212 kcmil (4/0 AWG)
12 伏 @ 5 安培 (60 W) 需要 26 kcmil (6 AWG)

不要“砰砰哇”;实际做电压降计算

有一次我看了一个太阳能项目。15 A @12-19 V,14 AWG 电线就可以了。除了他要走 200' (60 m)。所以他给了它一个电线大小的凸点,以及一个额外的或很好的措施,清除高达 10 AWG 的电线。当然,系统完全失败,并没有按计算给他的电池充电。他无法理解。“蝙蝠啊撞了哇!”

† 翻译:“但我撞了(增加了)电线”

你也挥手致意。你敷衍了事地撞到了#10,然后说“应该够了!” 您实际上必须进入电压降计算器并检查这应该基于电线上负载的实际电流,而不是断路器或电源额定值。当只需要携带 2 A 时,将长分支评为 20 A 是一种浪费。

我已经完成了凹凸计算,结果证明我不需要凹凸。

遵守规范……但还不错

您仍然需要遵循作为建筑物一部分的电气规范进行安装。幸运的是,对于低压安装,电气规范非常宽松,对于 <55 W 的安装则进一步放宽。

邻居网站 diy.stackexchange.com 是一个很好的代码问题。

12 V 要好得多,你应该这样做。

正如您从上面的 12/5 电压降计算中看到的那样,12 V 的效果更好。它仍然有压降考虑;但它们大大减少了。同时,它具有很强的通用性,甚至可以扩展为全家备份系统。

  • LED 12 V 照明种类繁多,比市电照明更易调光和可破解
  • 大多数互联网路由器和调制解调器都可以在其上运行
  • 有些电视可以在上面运行
  • 电池很容易买到,价格便宜或有多种化学成分
  • 大多数太阳能充电控制器都可以提供它
  • 这意味着在停电时,您有灯和 Netflix
  • 一些智能门铃甚至可以在上面运行。
  • 有了像 Empire 这样的纯燃气炉,燃气热水器和炉子可以让房子在电网关闭或不存在的情况下完全适合居住

更重要的是,从 12 V 到 5 V真的不是问题。它可能是任何地方最畅销的电源转换器!

这取决于其他人提到的距离。我们实际上运行了一个 RS485 网络,其中一个主设备以星形配置为相距 20 英尺的从设备供电。

我们可以很容易地在主机上使用 5v 3A 运行,因为从机只需要 3.3v,它是使用简单的稳压器管理的。

我们使用廉价的双绞线来降低多站点实施的成本。